枯草芽孢杆菌CH-1降解羽毛产物对Cr(Ⅵ)的还原作用

本研究旨在探索一种对环境友好的方法以减少重金属六价铬Cr(Ⅵ)的毒性。采用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)CH-1发酵羽毛,制备出富含半胱氨酸的羽毛发酵液(Feather Fermentation Broth,FFB)。实验结果显示FFB能够有效地将有毒的六价铬还原为相对无害的三价铬。通过对FFB的β-角蛋白酶酶活性、半胱氨酸浓度以及对六价铬Cr(Ⅵ)的还原率的测定。我们发现FFB中β-角蛋白酶酶活性在21 h左右达到最大值,而半胱氨酸含量在36 h达到最高值,Cr(Ⅵ)的还原效果最佳时间也是36 h。值得注意的是,即使经过高压高温处理,FFB对Cr(Ⅵ)的还原力并未受到影响,表明还原过程不依赖于生物酶的作用。进一步实验,将FFB上清原液浓缩5倍后处理重铬酸钾溶液,发现浓缩液的还原效果是原始上清液效果的1.5倍。研究表明枯草芽孢杆菌CH-1能较好地降解羽毛废弃物,水解产物中含大量半胱氨酸,对Cr(Ⅵ)具有显著的还原能力。综上所述,本研究提供了一种使用枯草芽孢杆菌CH-1无公害处理羽毛废弃物的新策略,并为其在循环农业生态系统中的应用提供了理论依据和精确计算方法。这一发现对于实现农业废弃物资源化利用,以及环境中有毒六价铬的安全处理具有重要意义。

g-C_(3)N_(5)纳米片光催化还原Cr(Ⅵ)和抗菌性能研究

在高温热聚合制备块体石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(5))的基础上,通过液相超声剥离获得g-C_(3)N_(5)纳米片,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光(UV-Vis)、荧光光谱(PL)及BET比表面积对样品进行表征。结果表明:g-C_(3)N_(5)纳米片在可见光下还原Cr(Ⅵ)和灭活大肠杆菌(E.coli)的性能均优于块体g-C_(3)N_(5)。g-C_(3)N_(5)纳米片在30min内对Cr(Ⅵ)的还原率达到86%,反应速率常数为块体g-C_(3)N_(5)的1.46倍。g-C_(3)N_(5)纳米片在180min内将E.coli全部灭活,h^(+)和·O^(-)_(2)为抗菌过程的主要活性基团,其通过氧化作用破坏E.coli细胞结构,导致细胞坍塌凋亡。g-C_(3)N_(5)纳米片光催化活性增强归因于CB位置上移和VB位置下移使其氧化还原能力增强,同时优良的光生载流子分离效率和大的比表面积也助力其光催化性能提高。

外源刺激剂强化芽孢杆菌高效修复Cr(Ⅵ)污染水体

目前,利用微生物修复六价铬[Cr(Ⅵ)]污染的土壤和水体已经在实验室及场地大量应用,但由于土著微生物的竞争及场地的寡营养条件,导致外源铬(Cr)高效还原微生物定殖困难。鉴于此,本研究从成本低廉且无二次污染的氮源型/碳源型/矿物型/离子型的微生物刺激剂筛选出发,探讨了不同刺激剂添加方式(非包埋型和包埋型)对抗铬芽孢杆菌(Bacillus sp.)高效还原Cr(Ⅵ)的影响,并采用扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)对芽孢杆菌表面进行表征。结果表明,甘蔗粉(碳源型)、豆粕粉(氮源型)、钙离子[Ca(Ⅱ),离子型]、蒙脱石(矿物型)这四种刺激剂的添加显著增加了芽孢杆菌对Cr(Ⅵ)的还原效率,进一步利用单因素多水平试验确定了它们的最佳投加量分别为10 g∙L^(-1)、10 g∙L^(-1)、10 mmol∙L^(-1)、8 g∙L^(-1),在第8天时与裸菌相比,分别添加这4种刺激剂的芽孢杆菌对Cr(Ⅵ)的还原率分别提高了17.48、15.56、11.70、18.84个百分点。在单因素试验的基础上,挑选2个效果最佳的刺激剂甘蔗粉和蒙脱石,利用响应曲面法建立了混合型刺激剂(甘蔗粉+蒙脱石)与菌的最佳投加量,结果显示甘蔗粉投加量为8 g∙L^(-1)、蒙脱石投加量为6 g∙L^(-1)、菌剂投加量为0.3%(V/V)时,培养8 d后,与裸菌相比,添加混合刺激剂的芽孢杆菌对Cr(Ⅵ)还原率增加了32.53个百分点,显著高于单一非混合刺激组。考虑到刺激剂直接加入环境亦会被土著微生物利用,导致对外源铬还原微生物刺激作用的长效性差,本研究还探究了包埋型缓释刺激剂对芽孢杆菌还原Cr(Ⅵ)的长效刺激作用,结果发现,在包埋型刺激剂的辅助下,芽孢杆菌对Cr(Ⅵ)的还原能力随着时间延长而不断增加,其Cr(Ⅵ)还原率分别从86.08%(第2天)增加到97.09%(第28天),添加了非包埋型混合刺激剂的菌从86.92%(第2天)下降到75.93%(第28天)。SEM观察修复28 d的菌,发现未加任何刺激剂的裸菌出现严重皱缩,部分断裂,形态结构不完整;添加非包埋混合刺激剂的菌出现轻微皱缩,点状断裂,形态结构较为完整;而添加包埋型刺激剂的菌光滑,形态结构完整,表面有绒毛状产物,EDS显示绒毛状产物O和Cr含量相对于其他元素较多,包埋型刺激剂提升了菌细胞表面参与的铬固定,降低了铬对细菌细胞的毒性。研究表明,混合刺激剂还原效果优于单一非混合刺激组,确定最佳投加量分别为甘蔗粉(8 g∙L^(-1))、蒙脱石(6 g∙L^(-1))和菌剂(0.3%)。利用非包埋型刺激剂有利于短期内快速提升菌对Cr(Ⅵ)还原,而包埋型刺激剂使菌还原Cr(Ⅵ)具有长效性并有效地降低了Cr(Ⅵ)毒性。

豆芽模板合成TiO2材料及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能研究

以廉价易得的豆芽为模板,通过将豆芽简单浸泡在钛前驱液中制备得到了保留豆芽形貌的多孔TiO2材料,通过XRD、N2吸附-脱附、SEM、TEM、XPS、UV-vis和荧光光谱进行表征,并对其紫外光下光催化还原Cr(Ⅵ)的性能进行探究。结果表明,在以甲酸为空穴牺牲剂的条件下,以豆芽茎为模板的TiO2(BSS-TiO2)效果最佳,光催化还原率为60 min达到100%,比无模板TiO2的光催化活性提高了22%,且该材料表现出较好的稳定性。

ZnFe_(2)O_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)及其机理研究

以传统湿法炼锌过程中产生的Zn Fe_(2)O_(4)中浸渣为原料,经过预处理后应用于光催化还原Cr(Ⅵ)。采用XRD、FT-IR、SEM和XPS等检测手段对Zn Fe_(2)O_(4)进行表征,并对其光催化性能进行研究。研究了反应时间、EDTA加入量、固液比、溶液初始浓度和p H等参数对光催化还原Cr(Ⅵ)的影响。研究结果表明:Zn Fe_(2)O_(4)是n型半导体,禁带宽度为1.71 e V,其导带底电位(vs.RHE)为0.01 V,理论上可实现对Cr(Ⅵ)的还原。由于EDTA能够消耗空穴并形成[Cr-EDTA]~(3+)配合物,可实现Zn Fe_(2)O_(4)光生电子空穴对有效分离,从而大幅提升了Zn Fe_(2)O_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。在EDTA加入量为0.1 m L、固液比为1 g/L、溶液初始质量浓度为20 mg/L、p H=3的优化条件下,Zn Fe_(2)O_(4)在120 min内对Cr(Ⅵ)的还原率达到97.95%。

ZnIn_(2)S_(4)-CdS-石墨烯复合薄膜的光催化Cr(Ⅵ)还原性能研究

通过水热法在自组装的石墨烯膜上原位生长ZnIn_(2)S_(4)纳米片,再通过连续离子层吸附与反应(SILAR法)负载CdS纳米颗粒,形成ZnIn_(2)S_(4)-CdS异质结。对复合薄膜作物相分析,形貌观察,光学特性分析和光催化Cr(Ⅵ)还原能力对比。研究表明,ZnIn_(2)S_(4)与CdS复合形成的异质结与石墨烯膜在提高性能方面起到重要作用,在40 mmol/L浓度下循环8次得到的ZnIn_(2)S_(4)-CdS-石墨烯复合薄膜性能最佳,80 min内可还原94.3%的Cr(Ⅵ)。

Ch-1菌还原碱性介质中Cr(Ⅵ)的反应动力学

通过研究Ch-1菌还原碱性介质中Cr(Ⅵ)过程Cr(Ⅵ)浓度的变化规律,确定初始pH值和细菌接种量对反应速率的影响,建立不同条件下的反应动力学方程,计算相应的反应表观活化能,得到了按细菌接种量划分的Ch-1菌还原Cr(Ⅵ)的反应控制区域图。研究结果表明:当初始pH值为8～10时,Ch-1菌还原Cr(Ⅵ)的反应速率基本相同,当pH<8和pH>10时,反应速率逐渐减小。Ch-1菌还原Cr(Ⅵ)的反应为零级反应,但细菌接种量减少,反应速率减小,反应表观活化能增大。细菌接种量分别为50%,30%,20%,10%和5%时对应的反应速率常数分别为57.521 1,51.630 6,45.976 4,24.002 5和7.326 5,表观活化能分别为6.89,14.75,19.24,33.54和72.52 kJ/mol;Cr(Ⅵ)的细菌还原反应随着细菌接种量的增加逐渐由内扩散控制区转入混合控制区,当细菌接种量减少至近9%时,转入化学反应控制区,并由此确定了Ch-1菌还原Cr(Ⅵ)的最佳工艺条件:温度为30℃,pH值10,细菌接种量为20%。

厌氧环境下Cr(Ⅵ)的微生物还原能力

通过接种土壤微生物的混合培养及土壤泥浆培养试验,测定了厌氧培养过程中C r(Ⅵ)和F e(Ⅱ)浓度的变化,研究了不同浓度铬酸盐的微生物还原能力及不同浓度铬酸盐对水稻土中氧化铁还原的影响。结果表明,由水稻土中提取的微生物虽然能够直接还原C r(Ⅵ),但其还原速率和还原程度有限,且C r(Ⅵ)浓度越高,微生物的还原能力越差;不同来源的土壤微生物对C r(Ⅵ)的还原能力有所差异,其中四川水稻土中微生物对C r(Ⅵ)的还原能力均大于江西水稻土;在厌氧培养的水稻土中,添加的C r(Ⅵ)可以较迅速地还原,其中土壤氧化铁的微生物还原过程对C r(Ⅵ)还原具有明显的促进作用;C r(Ⅵ)的存在导致F e(Ⅱ)生成的时间出现滞后,且C r(Ⅵ)浓度越大生成F e(Ⅱ)的滞后时间越长;F e(Ⅱ)产生滞后的时间与C r(Ⅵ)还原结束的时间具有一致性。

铜绿假单胞菌在Cr(Ⅵ)还原中应用的研究

研究了铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)对Cr(Ⅵ)的还原效果及碳源、pH和 Cr(Ⅵ)初始浓度对还原效果的影响,并对其还原机理进行了分析、探讨。结果表明:铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)能有效还原Cr(Ⅵ),3种碳源的还原效果依次为苹果酸>琥珀酸>葡萄糖,其还原率分别为60.86%、43.76%、28.86%; pH=7.0时还原率最高,可达61.71%;随着Cr(Ⅵ)初始浓度的升高,还原量逐渐减少,当Cr(Ⅵ)初始浓度达到157.0mg/L时,Cr(Ⅵ)的还原受到强烈抑制。实验结果还表明:铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)的正常生理活动受到影响时,其还原率下降;另外,还原Cr(Ⅵ)主要是菌种体内的溶解性酶起作用,细胞膜部分几乎无还原作用。

外控电势对Ch-1菌株生长及Cr(Ⅵ)还原的影响

为进一步优化Ch-1菌株对碱性含铬废水的处理及铬渣的解毒效果,以细菌总数和6价铬的还原率为指标,详细考察了外控电位对Ch-1菌株生长及Cr(Ⅵ)还原的影响.结果表明,电极材料对细菌生长及其活性有一定的影响,不锈钢电极和铂电极体系对细菌生长及活性的影响基本相同,而采用石墨电极细菌的培养效果欠佳.静态培养和动态培养Ch-1菌株时,Cr(Ⅵ)的最终还原率与初始Cr(Ⅵ)浓度无关,24h时Cr(Ⅵ)的还原率均达到了100%;但就还原过程而言,动态培养对Cr(Ⅵ)的还原速率明显优于静态培养,外控电势能够增强或抑制Ch-1菌株的生长及活性,0^-900mV的负电位可以促进细菌的生长,而400mV以上的正电势对Ch-1菌株的生长有抑制作用.在-800^+200mV的电势范围内,Ch-1菌株还原6价铬的能力得到增强,在此范围外其还原能力受到抑制.

原位阳离子交换法合成2D/0D SnS2/Ag2S异质结光催化剂及其还原Cr（Ⅵ）性能

将SnCl4·5H2O和硫脲反应,运用一步水热法合成了六边形结构的SnS2纳米片.以SnS2为前躯体,将不同浓度的AgNO3水溶液加入到SnS2分散溶液中,通过阳离子交换法成功合成了2D/0D SnS2/Ag2S异质结光催化剂.采用XRD,XPS,SEM,TEM等对催化剂进行了表征,通过可见光下还原Cr(Ⅵ)来评价SnS2/Ag2S异质结催化剂的催化活性.结果表明:在可见光照射2 h后,与纯相SnS2相比,SnS2/Ag2S表现出明显增强的光催化活性,当AgNO3浓度为0.8 mmol·L^-1时,样品表现出最佳的Cr(Ⅵ)还原性能.

Lysinibacillus sp.Re Cr-13还原Cr(Ⅵ)特性及对Cr(Ⅵ)诱导的氧化胁迫响应

含Cr(Ⅵ)工业废水对环境造成严重污染。一些微生物能够将Cr(Ⅵ)还原为低毒性的Cr(Ⅲ)。从河道污泥中筛选到一株Cr(Ⅵ)还原菌并鉴定为Lysinibacillus sp. ReCr-13。实验探究了该菌还原Cr(Ⅵ)的特性及其对Cr(Ⅵ)诱导的氧化胁迫响应。在pH值为8.0、NaCl为5 g×L^-1、Cr(Ⅵ)为200 mg×L^-1条件下,Lysinibacillus sp. ReCr-13具有最佳的铬还原效率。Cr(Ⅵ)浓度在200~400 mg×L^-1,随初始Cr(Ⅵ)浓度的增加,胞内O2^·-、H2O2及MDA的含量增加,然而Cr(Ⅵ)还原效率下降。外加Mn2+能够有效促进胞内抗氧化酶SOD和CAT的活性,能降低O2^·-、H2O2及MDA的含量,并最终提高了Cr(Ⅵ)还原效率。研究结果将为生物还原含Cr(Ⅵ)工业废水提供一定的理论基础。

Leucobacter spp.菌株Ch1还原高浓度Cr(Ⅵ)的研究

利用一株新分离的Cr(Ⅵ)还原菌Leucobacter spp.Ch1进行高浓度Cr(Ⅵ)还原的研究。发现生长于Luria Broth培养基中的Leucobacter spp.Ch1最大能还原1800mg/L Cr(Ⅵ),而休眠Leucobacter spp.Ch1细胞悬液可以完全还原2100mg/LCr(Ⅵ)。扫描电镜观察到还原Cr(Ⅵ)后的细菌末端黏附大团反应产物,电子顺磁共振分析确定产物的成分为Cr(Ⅲ)。在分批加Cr(Ⅵ)还原实验中,休眠Leucobacter spp.Ch1细胞悬液在1060min内还原了2368mg/L Cr(Ⅵ),重新加入的乳酸钠可以再次启动Cr(Ⅵ)的生物还原。结果表明,乳酸钠的存在是Leucobacter spp.Ch1还原Cr(Ⅵ)的必要条件,推测该物质在反应中起电子供体的作用。

利用酱油曲霉生产絮凝剂及其还原Cr(Ⅵ)的研究

对生物絮凝剂产生菌酱油曲霉(Aspergillus sojae)的廉价培养条件进行了探讨,在此基础上利用自制的放大反应器进行了扩大培养生产絮凝剂的研究。结果表明:在摇瓶培养条件下,发酵液对高岭土悬浊液的絮凝率为99.3%;在扩大培养条件下,发酵液对高岭土悬浊液的絮凝率为99.6%,对多种实际废水也具有良好的絮凝效果,其中处理染织厂废水的综合效果最好,对COD、色度、浊度的去除率分别为68.5%、96.2%、95.8%。考察了发酵液对Cr(Ⅵ)的还原作用,并对还原条件及其性能进行了系统研究。结果表明:生物絮凝剂对Cr(Ⅵ)具有良好的还原作用,处理低浓度含Cr(Ⅵ)废水时还原率>90%。初步推断Cr(Ⅵ)的还原主要依赖于酱油曲霉体内合成并分泌到体外的溶解性还原酶。

一株Cr(Ⅵ)还原菌对Cr(Ⅵ)胁迫下小白菜幼苗植物毒性及植物有效性的缓解效应

【目的】研究Cr(Ⅵ)还原菌Exiguobacterium sp.EH5(简称菌株E)对Cr(Ⅵ)胁迫下四季青小白菜幼苗的植物毒性及植物有效性的影响。【方法】通过水培盆栽试验,向等体积、含有不同Cr(Ⅵ)质量浓度(0、1、2、3、4、5 mg/L)的水培营养液中按体积比1%添加菌悬液(菌悬液OD600nm≈4),考察菌株E对Cr(Ⅵ)胁迫下小白菜幼苗的生长量、叶绿素含量、蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化歧化酶(SOD)活性及铬含量的影响。【结果】(1)Cr(Ⅵ)质量浓度越高,Cr(Ⅵ)毒性抑制小白菜幼苗生长及其蛋白质、叶绿素合成的效果越显著。加入菌株E后,在相同最高Cr(Ⅵ)质量浓度(5 mg/L)对比下,小白菜幼苗茎长、根长、鲜重、叶绿素总量及蛋白质含量比不加菌E对照分别增加98.10%、5.32%、90.49%、10.07%、11.11%。(2)随着Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度升高,小白菜幼苗叶片中MDA含量增加,SOD活性随着Cr(Ⅵ)质量浓度升高呈先增后降趋势。加入菌株E后,在相同质量浓度1~5 mg/L下,小白菜幼苗叶片中MDA含量比不加菌对照分别降低19.60%、17.05%、58.85%、28.19%、11.66%。在Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度≤4 mg/L时,加菌株E的SOD活性比不加菌对照有所降低,随着Cr(Ⅵ)质量浓度升高(>4 mg/L),加菌株E的SOD活性比不加菌对照提高11.51%。(3)Cr(Ⅵ)胁迫质量浓度越高,小白菜幼苗体内(根、茎叶)Cr含量越高。加入菌株E后,小白菜幼苗根、茎叶部分的Cr含量比不加菌对照均有不同程度的降低。【结论】添加菌株E可以在一定程度上缓解Cr(Ⅵ)对小白菜幼苗的生长毒性以及Cr(Ⅵ)诱导的氧化胁迫,并降低小白菜幼苗对Cr(Ⅵ)的可利用度。

土壤中磁铁矿对Cr(Ⅵ)还原菌吸附行为的研究

土壤矿物和土壤微生物都是土壤环境的重要组成部分。土壤中存在的Cr(Ⅵ)还原菌在矿物上的吸附行为可能会影响土壤中Cr(Ⅵ)的还原及铬的迁移。研究选取土壤中典型矿物(磁铁矿)为研究对象,探讨了其对Cr(Ⅵ)还原菌QH-2的吸附行为。在试验过程中,测定不同pH值条件下磁铁矿对菌株的吸附量及Zeta电位。使用扫描电镜、傅立叶变换红外光谱仪对吸附菌株后的磁铁矿进行表征。结果表明:磁铁矿可以吸附菌株QH-2,且吸附后晶体结构没有改变;菌株同磁铁矿的吸附在接触1 h后基本达到稳定,且磁铁矿对菌株的最高吸附量能达到129 mg/g。随pH值变化(6~10),磁铁矿对菌株吸附量先上升后下降。傅立叶变换红外光谱图表明磁铁矿吸附菌株后,特征峰位置无明显变化。研究表明磁铁矿能有效地吸附菌株QH-2,且二者吸附以静电作用为主,不涉及价键变化。

Cr(Ⅵ)还原菌Microbacterium sp.QH-2对铝氧化物吸附铬影响的研究

氧化铝是土壤中最丰富和最活泼的矿物质之一,能对土壤中铬元素的迁移和转化产生影响。而土壤Cr(Ⅵ)还原菌能将Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)。本研究探讨了Cr(Ⅵ)还原菌对铝氧化物吸附铬的影响。结果表明,在pH为4时,γ-氧化铝对Cr(Ⅵ)吸附能力明显强于α-氧化铝。α-氧化铝和γ-氧化铝与Cr(Ⅵ)还原菌株Microbacterium sp.QH-2混合培养后,二者的晶体结构并未受影响,但菌株QH-2的存在增加了α-氧化铝和γ-氧化铝对总铬的吸附量。

Mxene/g-C_(3)N_(4)二维光催化材料的制备及其处理水中Cr(Ⅵ)的性能研究

在合成单层Mxene和石墨相C_(3)N_(4)的基础上,采用一步静电自组装法制备了不同Mxene含量的Mxene/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂,采用XRD、TEM、XPS等方法对样品的结构和形貌进行了表征。考察了可见光激发下Mxene/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂光催化还原六价铬Cr(Ⅵ)的性能,分析了Mxene的负载量、溶液的pH值和不同的空穴牺牲剂对Mxene/g-C_(3)N_(4)光催化还原Cr(Ⅵ)性能的影响。结果表明,Mxene的负载不仅可以为光催化反应提供更多的表面活性位,还可以显著提高光生载流子的分离几率。当Mxene的负载量为10%、溶液pH值为2.0时,可见光还原Cr(Ⅵ)的效率比单一石墨相C_(3)N_(4)光催化剂提高了8.1倍。同时,酒石酸空穴牺牲剂的引入可以进一步提高光催化还原Cr(Ⅵ)效率。

玫瑰花状铈掺杂二硫化锡的一步合成及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性能（英文）

在温和条件下采用一步水热法成功地制备了不同含量铈掺杂的二硫化锡。X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)测试证明了铈掺杂的存在,同时发现了样品的玫瑰花状结构及其螺旋生长过程。通过漫反射光普(DRS)、电化学测试,详细阐述了铈掺杂对二硫化锡光吸收、带隙、导带电势、光生载流子分离效率的影响。以一定浓度的Cr(Ⅵ)溶液为模型污染物,评价了样品的光催化还原性能。结果表明铈掺杂二硫化锡的光还原能力与掺杂铈的浓度密切相关,并且最佳的铈掺杂比例是5%(n/n)。

溴掺杂石墨相碳化氮对Cr(Ⅵ)光催化还原性能的提高

半导体光催化技术不仅可将太阳能转化为化学能,还能直接降解和矿化有机污染物,在解决能源短缺和治理环境污染等方面具有广阔的应用前景.然而传统的TiO2光催化剂具有较大的禁带宽度(3.2 eV),使得材料只能吸收紫外光(仅占太阳光的4%)且量子产率较低.因此,研究和开发新型的本身具有可见光响应的光催化材料在实际应用中具有重要的指导意义.g-C3N4作为一种非金属有机聚合物n型半导体,因具有合适的禁带宽度、独特的电子结构和良好的化学稳定性,迅速成为光催化领域的研究热点.但是,由于g-C3N4本身存在比表面积小、可见光响应范围狭窄和光生电子-空穴对分离效率低等缺陷,极大限制了其光催化实际应用.为了解决该问题,人们进行了很多尝试来改善石墨相氮化碳光催化材料的光催化活性.研究表明,非金属元素掺杂是一种有效且常用的提高g-C3N4光催化性能的方法.例如,通过高温煅烧三聚氰胺和氧化硼混合物可制备掺B的g-C3N4,g-C3N4结构中的H元素被B取代, B的掺杂大大提高了g-C3N4的光催化活性;利用氟化铵和三聚氰胺合成F掺杂的g-C3N4, F原子与g-C3N4中心或边缘的C键合,将部分sp2杂化的碳原子转化为sp3杂化,降低了材料的平面性,从而使材料的析氢性能和催化苯氧化生成苯酚的能力有了明显提高;使用氯化铵和双氰胺作为前驱体制备Cl掺杂的g-C3N4, Cl元素的引入使g-C3N4晶格变形,带隙变窄,电荷迁移效率提高,光催化效率显著改善.基于上述结果,并考虑到原子的电负性和大小等因素的影响,我们采用简单的一步法合成了系列Br掺杂的g-C3N4光催化剂CN–BrX.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和电子显微镜(SEM、TEM)等手段对材料的结构进行了表征,并结合元素分析(EA)和光电子能谱(XPS)研究了其形成机理.采用光催化还原Cr(VI)效率、光催化产双氧水浓度以及光催化氧化NO能力评价了CN–BrX的光催化活性,并进行了光催化反应过程动力学拟合和循环实验.通过理论计算(DFT)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、光电流(PC)和比表面积(BET)等测试分析了材料的光催化活性增强机理,并通过活性物种捕获实验深入探究了其光催化还原Cr(VI)的反应机理.结果表明, CN–BrX(CN–Br30除外)保留了g-C3N4的基本骨架,其中Br元素以取代碳氮杂环中N原子的形式均匀分布于g-C3N4结构中.引入的Br元素可以明显降低材料的禁带宽度,拓宽其可见光响应范围,加快光生载流子的分离效率,并增大其比表面积,从而使得改性材料具有更高的光催化氧化还原活性.此外,在Cr(VI)光催化还原过程中,光生e-,·OH和H2O2均起着重要作用.